WO2014132878A1 - 電動工具 - Google Patents

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WO2014132878A1
WO2014132878A1 PCT/JP2014/054082 JP2014054082W WO2014132878A1 WO 2014132878 A1 WO2014132878 A1 WO 2014132878A1 JP 2014054082 W JP2014054082 W JP 2014054082W WO 2014132878 A1 WO2014132878 A1 WO 2014132878A1
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switching element
motor
control circuit
housing
tool according
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PCT/JP2014/054082
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French (fr)
Inventor
直樹 田所
俊彰 小泉
和隆 岩田
Original Assignee
日立工機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to an electric tool that supplies electric power to a motor via a switching element.
  • Patent Document 1 proposes an electric tool that uses a brushless motor as a motor and can finely control the rotation speed of the brushless motor by a microcomputer mounted on a control board.
  • FIG. 7 shows a conventional electric tool shown in Patent Document 1, which includes a housing 1, a brushless motor 10, a striking mechanism unit 20 rotated by the motor 10, and an output unit 30 connected to the striking mechanism unit 20.
  • Patent Document 1 which includes a housing 1, a brushless motor 10, a striking mechanism unit 20 rotated by the motor 10, and an output unit 30 connected to the striking mechanism unit 20.
  • a front-rear direction and a vertical direction are defined in the figure).
  • the housing 1 includes a body portion 2 that houses the motor 10, the striking mechanism portion 20, and a part of the output portion 30, a handle portion 3 having one end connected to the body portion 2, and the other end of the handle portion 3. And a storage portion 4 formed in the shape.
  • the handle portion 3 is provided with a trigger 5, and the trigger 5 is connected to a switch mechanism 6 accommodated in the handle portion 3. Supply of electric power to the motor 10 and interruption are switched by the trigger 5.
  • a power cord 40 is drawn from the lower part of the storage unit 4, and a rectifier circuit board 50 that is connected to the power cord 40 and has a rectifier circuit that converts AC power into DC power is stored in the storage unit 4.
  • a noise filter including a choke coil 41 and a capacitor 42 is inserted between the power cord 40 and the rectifier circuit. The noise filter is housed in the handle portion 3.
  • the inverter circuit controlled by the control circuit is mounted on an inverter circuit board (switching element board) 70 disposed behind the motor 10.
  • the inverter circuit has, for example, six FETs 71 as switching elements that turn on and off the energization of the motor 10, and each FET 71 is cooled by an air flow by a fan 15 that rotates together with the motor 10.
  • the control circuit includes a drive circuit (gate driver) that outputs a drive signal for turning on / off each FET 71 and a microcomputer, and electrical connection between the control circuit board 60 and the inverter circuit board 70 is performed by a flat cable 72. Yes.
  • a drive circuit gate driver
  • the present invention has been made in recognition of such a situation, and the object of the present invention is to provide a control circuit on a substrate on which a switching element is mounted or a switch mechanism that is operated by a trigger, thereby enabling mutual wiring. It is an object of the present invention to provide an electric tool capable of improving assembly workability and reducing the size of a housing by eliminating or shortening cables and wiring cords.
  • the first aspect of the present invention is a power tool.
  • the electric tool includes a motor, an output unit that is driven by the motor and to which a tip tool is connected, a body part that houses the motor, a housing that has a handle part that is connected to the body part, and the motor.
  • a control circuit having a control unit for controlling the switching element, The control circuit is mounted on a switching element substrate on which the switching element is mounted.
  • the switching element substrate may be disposed at a front or rear position in the axial direction of the motor.
  • control unit may include a drive circuit that outputs a drive signal for turning on and off the switching element, and a microcomputer that controls the drive circuit.
  • control circuit may be mounted on the side of the switching element substrate facing the motor, and the switching element may be mounted on the non-facing side.
  • a rotational position detecting element may be mounted on a side of the switching element substrate facing the motor.
  • the housing may include a storage portion provided at the other end of the handle portion, and the switching element substrate may be disposed in the storage portion.
  • the housing has a storage portion provided at the other end of the handle portion, and a rectifier circuit that converts AC power supplied from a power cord drawn from the storage portion into DC power.
  • the mounted rectifier circuit board may be stored in the storage unit.
  • the switching element substrate may be disposed in the storage portion, and the switching element substrate may be located closer to the handle portion than the rectifier circuit substrate.
  • control circuit may be composed of a hybrid IC.
  • the second aspect of the present invention is also an electric tool.
  • the electric tool includes a motor, an output unit that is driven by the motor and to which a tip tool is connected, a body part that houses the motor, a housing that has a handle part that is connected to the body part, and the motor.
  • a switching element that supplies electric power to the power supply, and a control unit that controls the switching element,
  • the control unit includes a drive circuit that outputs a drive signal for turning on and off the switching element, and a calculation unit that controls the drive circuit, and a single control circuit including the drive circuit and the calculation unit It is characterized by being configured as an IC.
  • control circuit may be mounted on a switching element substrate on which the switching element is mounted.
  • control circuit is mounted on a side of the switching element facing the motor and the switching element is mounted on a non-facing side.
  • the third aspect of the present invention is also an electric tool.
  • the electric tool includes a motor, an output unit that is driven by the motor and to which a tip tool is connected, a body unit that houses the motor, a housing that has a handle unit that has one end connected to the body unit, and the handle A trigger provided in a section, a switch mechanism operated by the trigger, a switch board on which the switch mechanism is mounted, a switching element board on which a switching element for supplying power to the motor is mounted, and the switching element And a control circuit having a control unit for controlling, wherein the switch board is housed in the handle part, and the control circuit is mounted on the switch board.
  • the switching element substrate may be disposed at a front or rear position in the axial direction of the motor.
  • control unit includes a drive circuit that outputs a drive signal for turning on and off the switching element and a microcomputer that controls the drive circuit, and the control circuit is configured by a hybrid IC. It is good to be.
  • the housing has a storage portion provided at the other end of the handle portion, and is equipped with a rectifier circuit that converts AC power supplied from a power cord drawn from the storage portion into DC power. It is preferable that the rectified circuit board thus formed is stored in the storage portion.
  • a noise filter may be disposed closer to the storage portion than the switch board in the handle portion.
  • a control circuit is also mounted on a board on which a switching element is mounted or a switch mechanism that is operated by a trigger, so that a cable or wiring cord for mutual wiring is unnecessary or It can be shortened. Further, the assembly workability can be improved, and the housing can be reduced in size.
  • an impact driver will be described as a first embodiment of an electric tool according to the present invention (front and rear and up and down directions are defined in FIG. 1). Although this impact driver will be described later, the arrangement of the control circuit is different from that of the conventional example of FIG.
  • the housing 1 includes a body part 2 that houses the brushless motor 10, the striking mechanism part 20, and a part of the output part 30, and a handle part 3 that has one end connected to the body part 2. And a storage portion 4 formed at the other end of the handle portion 3.
  • the brushless motor 10 includes an output shaft 11 that extends in the front-rear direction, a rotor 12 that is fixed to the output shaft 11 and includes a plurality of permanent magnets, a stator 14 that is disposed so as to surround the rotor 12 and includes a plurality of stator coils 13, and an output shaft. 11 and a cooling fan 15 fixed to 11. Both sides of the output shaft 11 are axially supported (supported by bearings), and the stator 14 is fixed to the body portion 2 side of the housing 1. The rotation of the output shaft 11 is decelerated via the planetary gear mechanism 16 and applied to the hammer 21 of the striking mechanism unit 20.
  • the striking mechanism 20 includes a hammer 21 disposed in a hammer case 25 and a spring 23 that biases the hammer 21 forward.
  • the hammer 21 has a collision portion 22 at the front end, and is rotated by the output shaft of the planetary gear mechanism 16.
  • the anvil 31 that constitutes the output unit 30 includes a collision target 32 at the rear end.
  • the hammer 21 is urged forward by a spring 23 so that the collision portion 22 collides with the colliding portion 32 in the rotation direction when rotating.
  • the hammer 21 is configured to be able to move backward against the urging force of the spring. Move backward while rotating. And when the collision part 22 gets over the collision part 32, the elastic energy stored in the spring 23 is released, the hammer 21 moves forward, and the collision part 22 and the collision part 32 collide again. Become.
  • the anvil 31 constituting the output unit 30 is rotatably supported at the front end portion of the body portion 2, that is, the front end side of the hammer case 25, and a tip tool can be detachably attached to the anvil 31.
  • a handle 5 is provided with a trigger 5, and the trigger 5 is connected to a switch mechanism 6 accommodated in the handle 3. Supply of electric power to the motor 10 and interruption are switched by the trigger 5.
  • a power cord 40 is drawn out from a lower outlet 48 of the storage unit 4, and a rectifier circuit board 50 mounted with a rectifier circuit connected to the power cord 40 and converting AC power into DC power is stored in the storage unit 4. Has been.
  • an FET substrate (switching element substrate) 80 on which an FET as a switching element is mounted is disposed at a rear position in the axial direction of the motor 10.
  • the FET substrate 80 is fixed to the body 2 side, and a control circuit 81 is mounted on the FET substrate 80 together with, for example, an inverter circuit having six FETs 71. That is, the FET 71 is mounted on the double-sided wiring board 86 and the control circuit 81 is mounted.
  • the rectifier circuit mounted on the rectifier circuit board 50 includes a diode bridge 45 and a smoothing capacitor 46 for full-wave rectification of commercial AC power (AC 100 V) supplied from the power cord 40. Yes.
  • a noise filter including a choke coil 41 and a capacitor 42 is inserted on the AC input side of the diode bridge 45, and this noise filter is housed in the handle portion 3.
  • the DC output voltage from the rectifier circuit is supplied to an inverter circuit 85 having a FET mounted on the FET substrate 80 and a control circuit 81.
  • the control circuit 81 includes a drive circuit (gate driver) 82 that outputs a drive signal for turning on and off the FET of the inverter circuit 85 and a microcomputer (arithmetic unit) 83 that controls the drive circuit 82.
  • the drive circuit 82 and the microcomputer 83 constitute a control unit.
  • three Hall ICs 91 serving as rotational position detecting elements are arranged at intervals of 60 ° in order to detect the position of the rotor 12 of the motor 10.
  • the rotational position detection output of each Hall IC 91 is input to the control circuit 81.
  • the output of the switch mechanism 6 activated by the trigger 5 is also input to the control circuit 81.
  • control circuit 81 When the switch mechanism 6 is actuated by the trigger 5, the control circuit 81 performs on / off control of each FET 71 of the inverter circuit 85 based on the detection output of the rotor position by each Hall IC 91, and moves the rotor 12 in a predetermined direction. Control to rotate at a predetermined rotation speed is performed.
  • the Hall IC 91 is provided on the opposite side to the motor 10 of the double-sided wiring board 86 included in the FET substrate 80, and is disposed close to and opposed to the rotor 12. Is installed.
  • the electrical connection among the FET 71, the control circuit 81, and the Hall IC 91 is made by the wiring pattern of the double-sided wiring board 86.
  • the housing portion 4 of the housing 1 is provided with an LED substrate 95 having a display panel 96 exposed on the upper surface side thereof.
  • the display panel 96 is provided with, for example, a striking force switching button for switching the motor rotation speed, a mode switching button for switching between continuous driving and intermittent driving of the motor 10, and the selected striking force and mode are displayed. It has become.
  • control circuit 81 By mounting the control circuit 81 on the FET substrate 80 on which the inverter circuit 85 having the FET 71 as the switching element is mounted, it is possible to improve the assembly workability by eliminating the need for cables and wiring cords for mutual wiring.
  • the housing can be downsized.
  • the cables and wiring cords for mutual wiring pass through the handle part where there is not enough space.
  • the control circuit 81 is also mounted on the FET substrate 80 in the body part 2, so that the wiring passing through the handle part 3 can be greatly reduced. The diameter can be reduced.
  • the FET substrate 80 is disposed at the rear position in the axial direction of the brushless motor 10, and the FET 71 and the control circuit 81 can be effectively cooled together with the motor 10 by the air flow of the fan 15 driven by the motor 10. is there.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
  • a control circuit 81 including a drive circuit 82 that outputs a drive signal for turning on and off the FET in FIG. 2 and a microcomputer (arithmetic unit) 83 that controls the drive circuit 82 is constituted by a hybrid IC 84.
  • the hybrid IC 84 and the Hall IC 91 are arranged on the opposite side of the double-sided wiring board 86 of the FET substrate 80 to the motor 10, and the FET 71 constituting the inverter circuit 85 is arranged on the non-facing side.
  • the hybrid IC 84 has, for example, a configuration in which a bare chip obtained by converting the drive circuit 82 into an IC together with the bare chip of the microcomputer 83 shown in FIG. 2 is housed in one package.
  • the shape can be greatly reduced compared to the combination.
  • the control circuit 81 it is possible to reduce the size and improve the assembly workability by configuring the control circuit 81 with the hybrid IC 84.
  • cost reduction can be achieved by using the hybrid IC in common for various electric tools.
  • the hybrid IC 84 is arranged on the opposite side of the mounting surface of the FET 71 in the FET substrate 80, the area of the FET substrate 80 can be reduced.
  • Other configurations and operational effects are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
  • the FET substrate 80 on which the FET 71 is mounted is disposed in the housing 4 of the housing 1, and the control circuit 81 is mounted on the FET substrate 80.
  • the FET substrate 80 is molded with an insulating resin having good thermal conductivity, and an LED substrate 95 having a display panel 96 exposed on the upper surface side of the housing portion 4 is integrated on the upper side of the FET substrate 80.
  • a wind window portion 47 in which a large number of intake holes for taking in cooling air is formed inside is provided on the front side of the storage portion 4.
  • the arrangement of the housing 1 in the storage portion 4 is the order of the outlet 48 of the power cord 40, the rectifier circuit board 50, and the FET substrate 80 in order from the bottom.
  • a gap serving as an air flow passage for heat radiation that enters the inside of the storage portion 4 from the wind window portion 47 is provided.
  • the FET 71 is disposed so as to face the rectifier circuit board 50 (that is, face the air flow path).
  • the rotational position detection board 90 on which the Hall IC 91 for detecting the position of the rotor 12 of the motor 10 is mounted is fixedly disposed behind the motor 10 (between the motor 10 and the fan 15).
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
  • the FET 71 as a switching element that supplies power to the motor 10 in the storage unit 4
  • the front and rear direction of the body unit 2 can be compared to the case where the FETs are arranged before and after the motor.
  • the length can be shortened, and the workability in a narrow place can be improved.
  • the switch mechanism 6 is mounted on the switch board 7 and accommodated in the handle portion 3, and the switch board 7 is composed of a hybrid IC including the drive circuit 82 and the microcomputer 83 of FIG. 6.
  • a control circuit 81 (hereinafter also referred to as a control circuit IC) is mounted.
  • the drive circuit 82 and the microcomputer 83 constitute a control unit.
  • the control circuit IC is, for example, a hybrid IC in which a bare chip obtained by converting the drive circuit 82 into an IC together with the bare chip of the microcomputer 83 is housed in one package. In comparison, the shape can be greatly reduced.
  • the control circuit 81 receives a trigger pull signal from the switch mechanism 6 according to the pull of the trigger 5, and controls the inverter circuit 85 of FIG. 6 is the same as FIG. 2 except that the switch mechanism 6 and the control circuit 81 (control circuit IC) are mounted on the switch board 7.
  • An inverter circuit board (switching element board) 70 is disposed at a rear position in the axial direction of the motor 10 (behind the motor 10) and is fixed in the body 2 and is controlled by the control circuit 81 on the inverter circuit board 70.
  • the inverter circuit 85 of FIG. 6 is mounted.
  • the rotational position detection output of each Hall IC 91 is input to the control circuit 81.
  • Each FET 71 is arranged on the non-facing side of the inverter circuit board 70 with respect to the motor 10, and is cooled by an air flow by the fan 15 that rotates together with the motor 10.
  • the electrical connection between the switch mechanism 6 and the control circuit 81 shown in FIG. This eliminates the need for the wiring cord between the switch mechanism 6 and the control circuit 81, which was necessary in the past. Further, the electrical connection between the control circuit 81 and the inverter circuit board 70 is performed by, for example, a flat cable 72A. In this case, the total length of the flat cable can be shortened as compared with the conventional example of FIG. 7 in which the control circuit is arranged in the storage portion 4, and the noise filter (choke coil 41 and capacitor 42) having the least room in the handle portion 3 is obtained. It is not necessary to pass through the arrangement part. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
  • control circuit 81 Since the control circuit 81 is mounted on the switch board 7 on which the switch mechanism 6 operated by the eaves trigger 5 is mounted, the electrical connection by the wiring cord between the switch mechanism 6 and the control circuit, which has been necessary in the past, is unnecessary In addition, the assembly workability can be improved.
  • control circuit IC in which the control circuit 81 including the drive circuit 82 and the microcomputer 83 is a hybrid IC, the area of the switch board 7 is not increased, and an intermediate portion in the handle portion 3 is provided. Can be placed without hindrance. Further, the cost can be reduced by commonly using a control circuit IC, which is a hybrid IC, for various electric tools.
  • the inverter circuit board 70 is disposed at the rear position in the axial direction of the brushless motor 10, and the FET 71 can be effectively cooled together with the motor 10 by the air flow of the fan 15 driven by the motor 10.
  • the switch board 7 has a large area and it is difficult to reduce the diameter of the handle portion 3, but in this embodiment, the inverter circuit board 70 is different.
  • the diameter of the handle portion 3 can be easily reduced.
  • the hybrid IC of the control circuit 81 has been described.
  • the control circuit 81 is configured by a hybrid IC and mounted on the FET substrate 80. It is obvious that you can do it.
  • the FET substrate on which the control circuit is also mounted is arranged at the rear in the motor axial direction, but may be arranged at the front in the motor axial direction.
  • the hybrid IC 84 may be disposed on the FET 71 mounting surface side as in FIG. 1, or the control circuit 81 of the first embodiment that does not constitute the hybrid IC 84 is disposed on the opposite side of the motor 10 as in FIG.
  • the FET 71 may be disposed on the opposite surface side. That is, the switching element substrate and the control circuit substrate may be integrated.
  • the inverter circuit board is arranged behind the motor axis in the body of the housing, but may be arranged ahead of the motor axis. Further, the inverter circuit board may be arranged on the outer side in the circumferential direction of the motor in the body portion of the housing. In this case, if the FET is mounted in a state of being laid on the substrate, it is possible to suppress the body portion from being enlarged in the vertical direction.
  • an impact driver is exemplified as an electric tool.
  • the present invention is not limited to an impact driver as long as the electric tool is mounted with a motor and driven by an AC power source.
  • a driver drill having a clutch, a hammer drill having a reciprocating striking mechanism, an oil pulse driver having a hydraulic striking mechanism, and the like may be used.

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Abstract

　スイッチング素子を搭載した基板に制御回路を搭載することで、相互配線のためのケーブルや配線コードを不要にして、組立作業性の改善やハウジングの小型化を図る。　ブラシレスモータ（１０）及び先端工具が接続される出力部（３０）を収容する胴体部（２）と、一端が胴体部（２）に接続するハンドル部（３）と、ハンドル部（３）の他端に設けられる収容部（４）とを有するハウジング（１）を用い、ＦＥＴ（７１）を搭載したＦＥＴ基板（８０）に制御回路（８１）を搭載し、この基板（８０）を胴体部内のモータ軸方向の後方に配置している。

Description

電動工具
　本発明は、スイッチング素子を介してモータに電力供給を行う電動工具に関する。
　従来、商用交流電源から整流子モータに供給された電力により駆動される電動工具、例えばインパクトドライバが知られている。また、近年モータとしてブラシレスモータを使用し、ブラシレスモータの回転数を制御基板に搭載したマイクロコンピュータによって細かく制御可能とする電動工具も例えば下記特許文献１で提案されている。
特開２０１２－１３９７４７号公報
　図７は特許文献１で示した従来の電動工具であって、ハウジング１と、ブラシレスモータ１０と、モータ１０によって回転される打撃機構部２０と、打撃機構部２０に接続される出力部３０とを備えたインパクトドライバを示している（前後及び上下方向を図中に定義した）。
　ハウジング１は、モータ１０と、打撃機構部２０と、出力部３０の一部とを収納する胴体部２と、一端が胴体部２に接続しているハンドル部３と、ハンドル部３の他端に形成された収納部４とを有している。ハンドル部３には、トリガ５が設けられており、トリガ５はハンドル部３内に収容されたスイッチ機構６と接続している。トリガ５によって、モータ１０への電力の供給と遮断とを切替えている。
　収納部４の下部から電源コード４０が引き出されており、電源コード４０に接続されて交流電力を直流電力に変換する整流回路を搭載した整流回路基板５０が収納部４内に収納されるとともに、モータ１０の回転等を制御する制御回路を搭載した制御回路基板６０も収納部４内に収納されている。電源コード４０と整流回路との間には、チョークコイル４１とコンデンサ４２とからなるノイズフィルタが挿入されており、このノイズフィルタはハンドル部３内に収納されている。
　前記制御回路で制御されるインバータ回路は、モータ１０の背後に配置されたインバータ回路基板（スイッチング素子基板）７０に搭載されている。インバータ回路はモータ１０への通電をオン、オフする例えば６個のスイッチング素子としてのＦＥＴ７１を有し、各ＦＥＴ７１はモータ１０と共に回転するファン１５による空気流で冷却されるようになっている。
　前記制御回路は、各ＦＥＴ７１をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路（ゲートドライバ）及びマイクロコンピュータを含み、制御回路基板６０とインバータ回路基板７０との電気接続はフラットケーブル７２で行われている。
　図７の従来技術のように、ＦＥＴ７１を搭載したインバータ回路基板７０と、これを制御する制御回路を搭載した制御回路基板６０とが離れた位置にあると、ハンドル部３内を通る相互の配線本数が多くなり、作業者が把持しやすいようにハンドル部３を小径化するための妨げとなったり、組み立て作業に手間がかかる等の問題が生じる。
　本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、スイッチング素子を搭載した基板又はトリガで作動されるスイッチ機構を搭載した基板に制御回路も搭載することで、相互配線のためのケーブルや配線コードを不要に若しくは短縮して、組立作業性の改善やハウジングの小型化を図ることのできる電動工具を提供することにある。
　本発明の第１の態様は電動工具である。この電動工具は、モータと、前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、前記モータを収容する胴体部、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御部を有する制御回路とを備え、
　前記スイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板に、前記制御回路が搭載されていることを特徴とする。
　前記第１の態様において、前記モータの軸方向の前方又は後方位置に前記スイッチング素子基板が配設されているとよい。
　前記第１の態様において、前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路及び前記ドライブ回路を制御するマイクロコンピュータを有するとよい。
　前記第１の態様において、前記スイッチング素子基板の前記モータに対面する側に前記制御回路が搭載され、非対面側に前記スイッチング素子が搭載されているとよい。
　前記第１の態様において、前記スイッチング素子基板の前記モータに対面する側に回転位置検出素子が搭載されているとよい。
　前記第１の態様において、前記ハウジングは、前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部に前記スイッチング素子基板が配置されているとよい。
　前記第１の態様において、前記ハウジングは、前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部から引き出された電源コードで供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路が搭載された整流回路基板が前記収納部に収納されているとよい。
　前記第１の態様において、前記収納部に前記スイッチング素子基板が配置され、かつ前記スイッチング素子基板は前記整流回路基板よりも前記ハンドル部側に位置しているとよい。
　前記第１の態様において、前記制御回路がハイブリッドＩＣで構成されているとよい。
　本発明の第２の態様も電動工具である。この電動工具は、モータと、前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、前記モータを収容する胴体部、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御部とを備え、
　前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路と、前記ドライブ回路を制御する演算部とを有し、前記ドライブ回路と前記演算部とを含む制御回路を単一のＩＣとして構成したことを特徴とする。
　前記第２の態様において、前記スイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板に、前記制御回路が搭載されているとよい。
　前記第２の態様において、前記スイッチング素子の前記モータに対面する側に前記制御回路が搭載され、非対面側に前記スイッチング素子が搭載されているとよい。
　本発明の第３の態様も電動工具である。この電動工具は、モータと、前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、前記モータを収容する胴体部、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、前記ハンドル部に設けられたトリガと、前記トリガで作動されるスイッチ機構と、前記スイッチ機構が搭載されたスイッチ基板と、前記モータに電力を供給するスイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板と、前記スイッチング素子を制御する制御部を有する制御回路とを備え、前記スイッチ基板は前記ハンドル部内に収納され、前記スイッチ基板に前記制御回路が搭載されていることを特徴とする。
　前記第３の態様において、前記モータの軸方向の前方又は後方位置に前記スイッチング素子基板が配設されているとよい。
　前記第３の態様において、前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路及び前記ドライブ回路を制御するマイクロコンピュータを有し、前記制御回路がハイブリッドＩＣで構成されているとよい。
　前記第３の態様において、前記ハウジングは前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部から引き出された電源コードで供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路が搭載された整流回路基板が前記収納部に収納されているとよい。
　前記第３の態様において、前記ハンドル部内の前記スイッチ基板よりも前記収納部寄り位置にノイズフィルタが配設されているとよい。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明に係る電動工具によれば、スイッチング素子を搭載した基板又はトリガで作動されるスイッチ機構を搭載した基板に制御回路も搭載することで、相互配線のためのケーブルや配線コードを不要に若しくは短縮することができる。また、組立作業性の改善を図ることができると共に、ハウジングの小型化を図ることが可能である。
本発明に係る電動工具の第１の実施の形態であって、インパクトドライバを示す側断面図。 第１の実施の形態における制御ブロック図。 本発明の第２の実施の形態における要部断面図。 本発明の第３の実施の形態を示す側断面図。 本発明の第４の実施の形態を示す側断面図。 第４の実施の形態における制御ブロック図。 従来例を示す側断面図。
　以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
　図１及び図２で本発明に係る電動工具の第１の実施の形態として、インパクトドライバを説明する（図１中に前後及び上下方向を定義した）。このインパクトドライバは、後述するが制御回路の配置が図７の従来例とは異なっている。
　図１に示すように、ハウジング１は、ブラシレスモータ１０と、打撃機構部２０と、出力部３０の一部とを収納する胴体部２と、一端が胴体部２に接続しているハンドル部３と、ハンドル部３の他端に形成された収納部４とを有している。
　ブラシレスモータ１０は前後方向に延びる出力軸１１と、出力軸１１に固定され複数の永久磁石を有するロータ１２と、ロータ１２を囲むように配置され複数のステータコイル１３を備えるステータ１４と、出力軸１１に固定された冷却ファン１５とを有する。出力軸１１の両側は軸支（軸受で支持）され、ステータ１４はハウジング１の胴体部２側に固定されている。出力軸１１の回転は遊星歯車機構１６を介して減速されて打撃機構部２０のハンマ２１に与えられる。
　打撃機構部２０は、ハンマケース２５内に配されたハンマ２１とこれを前方に付勢するバネ２３を有している。ハンマ２１は前端に衝突部２２を有し、遊星歯車機構１６の出力軸で回転駆動される。出力部３０を構成するアンビル３１は、後端に被衝突部３２を備えている。また、ハンマ２１は、回転した際に衝突部２２が被衝突部３２と回転方向において衝突するように、バネ２３により前方に付勢されている。このような構成により、ハンマ２１が回転した際に、出力部３０のアンビル３１に打撃が与えられることとなる。また、ハンマ２１は、バネの付勢力に反して後方に移動することも可能に構成されており、衝突部２２と被衝突部３２との衝突後、ハンマ２１はバネ２３の付勢力に抗して回転しながら後退する。そして、衝突部２２が被衝突部３２を乗り越えると、バネ２３に蓄えられた弾性エネルギーが解放されてハンマ２１は前方に移動し、再び、衝突部２２と被衝突部３２とが衝突することとなる。
　出力部３０を構成するアンビル３１は胴体部２の先端部、つまりハンマケース２５の前端側で回転自在に軸支されており、アンビル３１には、先端工具を着脱自在に装着できる。
　ハンドル部３には、トリガ５が設けられており、トリガ５はハンドル部３内に収容されたスイッチ機構６と接続している。トリガ５によって、モータ１０への電力の供給と遮断とを切替えている。
　収納部４の下部の引出口４８から電源コード４０が引き出されており、電源コード４０に接続されて交流電力を直流電力に変換する整流回路を搭載した整流回路基板５０が収納部４内に収納されている。
　また、モータ１０の軸方向の後方位置にスイッチング素子としてのＦＥＴを搭載したＦＥＴ基板（スイッチング素子基板）８０が配設されている。ＦＥＴ基板８０は胴体部２側に固定されており、ＦＥＴ基板８０には、例えば６個のＦＥＴ７１を有するインバータ回路と共に制御回路８１も搭載されている。つまり、両面配線基板８６にＦＥＴ７１が搭載されると共に制御回路８１が搭載されている。
　図２に示すように、整流回路基板５０に搭載された整流回路は電源コード４０から供給される商用交流電源（ＡＣ１００Ｖ）を全波整流するためのダイオードブリッジ４５と平滑用コンデンサ４６とを備えている。また、ダイオードブリッジ４５の交流入力側にチョークコイル４１とコンデンサ４２とからなるノイズフィルタが挿入されており、このノイズフィルタはハンドル部３内に収納されている。整流回路からの直流出力電圧は、ＦＥＴ基板８０に搭載されたＦＥＴを有するインバータ回路８５及び制御回路８１に供給される。制御回路８１はインバータ回路８５のＦＥＴをオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路（ゲートドライバ）８２及びドライブ回路８２を制御するマイクロコンピュータ（演算部）８３を有している。なお、ドライブ回路８２及びマイクロコンピュータ８３は制御部を構成する。また、ＦＥＴ基板８０には、モータ１０のロータ１２の位置を検出するために回転位置検出素子としてのホールＩＣ９１が６０°の間隔を隔てて３個配設されている。各ホールＩＣ９１の回転位置検出出力は制御回路８１に入力される。また、トリガ５により作動されるスイッチ機構６の出力も制御回路８１に入力されるようになっている。
　制御回路８１は、トリガ５によりスイッチ機構６が作動されたときに、各ホールＩＣ９１によるロータ位置の検出出力に基づいてインバータ回路８５の各ＦＥＴ７１のオン、オフ制御を行い、ロータ１２を所定方向に所定回転速度で回転させる制御を行う。
　図１に示すよう、ホールＩＣ９１はＦＥＴ基板８０が有する両面配線基板８６のモータ１０への対面側に設けられており、ロータ１２に近接対向する配置であり、非対面側にＦＥＴ７１及び制御回路８１が搭載されている。ＦＥＴ７１、制御回路８１及びホールＩＣ９１間の電気接続は両面配線基板８６の配線パターンによって行われる。
　なお、ハウジング１の収納部４には、その上面側に露出する表示パネル９６を有するＬＥＤ基板９５が設けられている。表示パネル９６には、例えばモータ回転数を切り替える打撃力切替ボタンや、モータ１０の連続駆動と間欠駆動とを切り替えるモード切替ボタン等が設けられると共に、選択された打撃力及びモードが表示されるようになっている。
　次に、インパクトドライバとしての全体動作について説明する。電源コード４０を図示せぬ商用交流電源と接続することにより、制御回路８１に駆動用電源が供給される。この状態で作業者がトリガ５を引くと、その引き代に応じた回転数でモータ１０が回転する。モータ１０が回転することによって、打撃機構部２０のハンマ２１が出力部３０のアンビル３１を打撃し、これで保持される先端工具が回転する。作業者がトリガ５を離すことによりモータ１０は停止する。
　本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
(1) スイッチング素子としてのＦＥＴ７１を有するインバータ回路８５を搭載したＦＥＴ基板８０に、制御回路８１も搭載することで、相互配線のためのケーブルや配線コードを不要にして、組立作業性の改善やハウジングの小型化が可能である。
(2) ＦＥＴ基板をハウジングの胴体部に、制御回路基板を収納部に設けた従来例では、スペースに余裕のないハンドル部内を相互配線のためのケーブルや配線コードが通るため、ハンドル部の小径化が困難なきらいがあったが、本実施の形態では、胴体部２内のＦＥＴ基板８０に制御回路８１も搭載することでハンドル部３内を通る配線を大幅削減でき、ハンドル部３のいっそうの小径化が可能である。
(3) ブラシレスモータ１０の軸方向の後方位置にＦＥＴ基板８０を配設しており、モータ１０で駆動されるファン１５の空気流でモータ１０と共にＦＥＴ７１及び制御回路８１を効果的に冷却可能である。
　図３は本発明の第２の実施の形態を示す。この場合、図２におけるＦＥＴをオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路８２や、ドライブ回路８２を制御するマイクロコンピュータ（演算部）８３等を有する制御回路８１をハイブリッドＩＣ８４で構成している。そして、ＦＥＴ基板８０が有する両面配線基板８６のモータ１０への対面側にハイブリッドＩＣ８４及びホールＩＣ９１を配設し、非対面側にインバータ回路８５を構成するＦＥＴ７１を配設している。ハイブリッドＩＣ８４は、例えば、図２に示したマイクロコンピュータ８３のベアチップと共にドライブ回路８２をＩＣ化したベアチップ等を一つのパッケージ内に収納した構成であり、マイクロコンピュータのＬＳＩパッケージと個別部品の回路との組合せに比較して大幅な形状縮小が図れる。
　第２の実施の形態の場合、制御回路８１をハイブリッドＩＣ８４で構成することで小型化や、組立作業性の改善が可能となる。また、多種多様な電動工具にハイブリッドＩＣを共通に使用することで、コスト低減を図ることができる。さらに、ＦＥＴ基板８０において、ハイブリッドＩＣ８４がＦＥＴ７１の搭載面の反対側に配置されるため、ＦＥＴ基板８０の基板面積の縮小化が図れる。その他の構成、作用効果は図１等に示した第１の実施の形態と同様である。
　図４は本発明の第３の実施の形態を示す。この場合、ＦＥＴ７１を搭載したＦＥＴ基板８０はハウジング１の収納部４内に配置され、ＦＥＴ基板８０に制御回路８１が搭載されている。また、ＦＥＴ基板８０は熱伝導性の良好な絶縁樹脂でモールドされており、さらに、収納部４の上面側に露出する表示パネル９６を有するＬＥＤ基板９５がＦＥＴ基板８０上側に一体化されている。また、収納部４の前側には内部に冷却用空気を取り入れるための多数の吸気孔を形成した風窓部４７が設けられている。
　図４に示すように、ハウジング１の収納部４における配置は、下から順に電源コード４０の引出口４８、整流回路基板５０、ＦＥＴ基板８０の順序であり、整流回路基板５０と、ＦＥＴ基板８０との間には風窓部４７から収納部４の内部に入った放熱用の空気流通路となる隙間が設けられている。ＦＥＴ７１は整流回路基板５０に対向する（つまり空気流通路に対面する）配置である。
　なお、モータ１０のロータ１２の位置を検出するためのホールＩＣ９１を搭載した回転位置検出基板９０は、モータ１０の背後（モータ１０とファン１５との間）に固定配置されている。その他の構成は図１等に示した第１の実施の形態と同様である。
　第３の実施の形態の場合、モータ１０に電力を供給するスイッチング素子としてのＦＥＴ７１を収納部４に収納することで、モータ前後にＦＥＴを配置する場合に比較して胴体部２の前後方向の長さを短縮可能であり、ひいては狭い場所での作業性を改善可能である。
　図５及び図６は本発明の第４の実施の形態を示す。この場合、スイッチ機構６はスイッチ基板７に搭載され、ハンドル部３内に収納されているが、また、スイッチ基板７には、図６のドライブ回路８２及びマイクロコンピュータ８３を含むハイブリッドＩＣで構成された制御回路８１（以下制御回路ＩＣとも言う）が搭載されている。なお、ドライブ回路８２及びマイクロコンピュータ８３は制御部を構成する。前記制御回路ＩＣは、例えば、マイクロコンピュータ８３のベアチップと共にドライブ回路８２をＩＣ化したベアチップ等を一つのパッケージ内に収納したハイブリッドＩＣであり、マイクロコンピュータのＬＳＩパッケージと個別部品の回路との組合せに比較して大幅な形状縮小が図れる。制御回路８１はトリガ５の引き代に応じたスイッチ機構６からのトリガ引き代信号を受けて、図６のインバータ回路８５を制御してモータ１０の回転等を制御する。図６において、スイッチ基板７にスイッチ機構６及び制御回路８１（制御回路ＩＣ）が搭載されていること以外は、図２と同様である。
　モータ１０の軸方向の後方位置（モータ１０の背後）には、インバータ回路基板（スイッチング素子基板）７０が配置されて胴体部２内に固定され、インバータ回路基板７０に制御回路８１で制御される図６のインバータ回路８５が搭載されている。インバータ回路基板７０のモータ１０への対面側（ロータ１２への対面側）には、ロータ１２の位置を検出するために回転位置検出素子としてのホールＩＣ９１が６０°の間隔を隔てて３個配設されている。各ホールＩＣ９１の回転位置検出出力は制御回路８１に入力される。なお、各ＦＥＴ７１は、モータ１０に対してインバータ回路基板７０の非対面側に配置され、モータ１０と共に回転するファン１５による空気流で冷却されるようになっている。
　図５に示すスイッチ機構６と制御回路８１との電気接続はスイッチ基板７の配線パターンによって行われる。このため、従来必要であった、スイッチ機構６と制御回路８１間の配線コードが不要になっている。また、制御回路８１とインバータ回路基板７０との電気接続は、例えばフラットケーブル７２Ａで行われる。この場合、制御回路を収納部４に配置した図７の従来例に比較してフラットケーブルの全長を短くでき、しかもハンドル部３内で最も余裕空間の無いノイズフィルタ（チョークコイル４１とコンデンサ４２）配置部分を通過させる必要がなくなる。その他の構成は図１等に示した第１の実施の形態と同様である。
　第４の実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
(1) トリガ５で作動されるスイッチ機構６が搭載されたスイッチ基板７に、制御回路８１を搭載したので、従来必要であったスイッチ機構６と制御回路間の配線コードによる電気接続を不要にできるとともに、組立作業性の改善を図ることができる。
(2) ドライブ回路８２及びマイクロコンピュータ８３が含まれる制御回路８１をハイブリッドＩＣ化した制御回路ＩＣを用いることで、スイッチ基板７の面積の増大を招くことが無く、ハンドル部３内の中間部に支障なく配置できる。また、多種多様な電動工具にハイブリッドＩＣ化した制御回路ＩＣを共通に使用することで、コスト低減を図ることができる。
(3) 制御回路８１はハンドル部３内の中間部に位置しているため、インバータ回路基板７０との電気接続のための配線を短縮できる。しかも、ハンドル部３内で最も余裕空間の無いノイズフィルタ（チョークコイル４１とコンデンサ４２からなりスイッチ基板７よりも収納部４寄り位置ある）の配置部分に前記配線を通過させる必要がなくなり、ハンドル部３の小径化を図る上で有利である。
(4) ブラシレスモータ１０の軸方向の後方位置にインバータ回路基板７０を配設しており、モータ１０で駆動されるファン１５の空気流でモータ１０と共にＦＥＴ７１を効果的に冷却可能である。
(4) ＦＥＴ７１を有するインバータ回路もスイッチ基板７に搭載する場合には、スイッチ基板７が大面積となり、ハンドル部３の小径化が困難になるが、本実施の形態ではインバータ回路基板７０は別体として放熱性の良好なモータ１０の背後に配置することで、ハンドル部３の小径化が容易になる。
　以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
　本発明の第２の実施の形態において、制御回路８１のハイブリッドＩＣ化について述べたが、第１又は第３の実施の形態においても制御回路８１をハイブリッドＩＣで構成して、ＦＥＴ基板８０に搭載してもよいことは自明である。
　また、第１及び第２の実施の形態では、モータ軸方向の後方に制御回路も搭載したＦＥＴ基板を配置したが、モータ軸方向の前方に配置してもよい。また、ハイブリッドＩＣ８４を図１と同様、ＦＥＴ７１搭載面側に配置してもよいし、ハイブリッドＩＣ８４を構成しない第１の実施の形態の制御回路８１を図３と同様、モータ１０の対面側に配置し、ＦＥＴ７１を反対面側に配置してもよい。すなわち、スイッチング素子基板と制御回路基板を一体化すればよい。
　また、第４の実施の形態では、ハウジングの胴体部内においてモータ軸方向の後方にインバータ回路基板を配置したが、モータ軸方向の前方に配置してもよい。また、ハウジングの胴体部内において、インバータ回路基板をモータの周方向外側に配置してもよい。この場合、ＦＥＴを基板に対して寝かせた状態で搭載すれば、胴体部が上下方向に大きくなることも抑制することができる。
　各実施の形態では、電動工具としてインパクトドライバを例示したが、本発明は、モータを搭載し交流電源によって駆動される電動工具であれば、インパクトドライバに限定されるものではない。例えば、クラッチを有するドライバドリル、往復打撃機構を有するハンマドリル、油圧の打撃機構部を有するオイルパルスドライバなどであってもよい。
１　ハウジング
２　胴体部
３　ハンドル部
４　収納部
５　トリガ
６　スイッチ機構
７　スイッチ基板
１０　ブラシレスモータ
１５　ファン
２０　打撃機構部
３０　出力部
４０　電源コード
４７　風窓部
５０　整流回路基板
６０　制御回路基板
７０　インバータ回路基板
７１　ＦＥＴ
８０　ＦＥＴ基板
８１　制御回路
８２　ドライブ回路
８３　マイクロコンピュータ
８５　インバータ回路
８６　両面配線基板
８７　表示パネル
９０　回転位置検出基板
９１　ホールＩＣ

Claims (17)

  1. 　モータと、
    　前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、
    　前記モータを収容する胴体部、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、
    　前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、
    　前記スイッチング素子を制御する制御部を有する制御回路とを備え、
    　前記スイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板に、前記制御回路が搭載されていることを特徴とする電動工具。
  2. 　前記モータの軸方向の前方又は後方位置に前記スイッチング素子基板が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
  3. 　前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路及び前記ドライブ回路を制御するマイクロコンピュータを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
  4. 　前記スイッチング素子基板の前記モータに対面する側に前記制御回路が搭載され、非対面側に前記スイッチング素子が搭載されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動工具。
  5. 　前記スイッチング素子基板の前記モータに対面する側に回転位置検出素子が搭載されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電動工具。
  6. 　前記ハウジングは、前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部に前記スイッチング素子基板が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
  7. 　前記ハウジングは、前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部から引き出された電源コードで供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路が搭載された整流回路基板が前記収納部に収納されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電動工具。
  8. 　前記収納部に前記スイッチング素子基板が配置され、かつ前記スイッチング素子基板は前記整流回路基板よりも前記ハンドル部側に位置していることを特徴とする請求項７に記載の電動工具。
  9. 　前記制御回路がハイブリッドＩＣで構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電動工具。
  10. 　モータと、
    　前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、
    　前記モータを収容する胴体部、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、
    　前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、
    　前記スイッチング素子を制御する制御部とを備え、
    　前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路と、前記ドライブ回路を制御する演算部とを有し、
    　前記ドライブ回路と前記演算部とを含む制御回路を単一のＩＣとして構成したことを特徴とする電動工具。
  11. 　前記スイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板に、前記制御回路が搭載されていることを特徴とする請求項１０に記載の電動工具。
  12. 　前記スイッチング素子の前記モータに対面する側に前記制御回路が搭載され、非対面側に前記スイッチング素子が搭載されていることを特徴とする請求項１１に記載の電動工具。
  13. 　モータと、
    　前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、
    　前記モータを収容する胴体部、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、
    　前記ハンドル部に設けられたトリガと、
    　前記トリガで作動されるスイッチ機構と、
    　前記スイッチ機構が搭載されたスイッチ基板と、
    　前記モータに電力を供給するスイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板と、
    　前記スイッチング素子を制御する制御部を有する制御回路とを備え、
    　前記スイッチ基板は前記ハンドル部内に収納され、前記スイッチ基板に前記制御回路が搭載されていることを特徴とする電動工具。
  14. 　前記モータの軸方向の前方又は後方位置に前記スイッチング素子基板が配設されていることを特徴とする請求項１３に記載の電動工具。
  15. 　前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路及び前記ドライブ回路を制御するマイクロコンピュータを有し、前記制御回路がハイブリッドＩＣで構成されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の電動工具。
  16. 　前記ハウジングは前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部から引き出された電源コードで供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路が搭載された整流回路基板が前記収納部に収納されていることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の電動工具。
  17. 　前記ハンドル部内の前記スイッチ基板よりも前記収納部寄り位置にノイズフィルタが配設されていることを特徴とする請求項１６に記載の電動工具。
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